云廣特高壓直流閥冷控制保護(hù)邏輯的改進(jìn)

余榮興，張志朝，劉茂濤，謝超

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)

0 引言

±800 kV云廣特高壓直流系統(tǒng)于2010年6月實現(xiàn)雙極投產(chǎn)，額定送電容量達(dá)5 000 MW。閥冷系統(tǒng)是換流站最重要的輔助系統(tǒng)，閥冷系統(tǒng)是否可靠直接關(guān)系到直流系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行［1］。2010年12月，興仁換流站發(fā)生了一起由于閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計缺陷導(dǎo)致直流強(qiáng)迫停運(yùn)的惡性事件［2］。為防止類似事件在云廣特高壓發(fā)生，對云廣特高壓直流閥冷控制保護(hù)邏輯進(jìn)行了深入的隱患排查，發(fā)現(xiàn)云廣特高壓直流閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)采用的“冗余的2個傳感器均故障跳閘”這一邏輯不合理，而且可能為直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來風(fēng)險。本文分析了云廣特高壓直流閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)邏輯，針對其邏輯缺陷提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 興仁閥冷系統(tǒng)誤跳閘過程及原因分析

1.1 事件經(jīng)過

興仁換流站閥冷系統(tǒng)的1個24 V直流電源開關(guān)(開關(guān)A)突然跳開，該極閥冷監(jiān)控界面中的內(nèi)冷水進(jìn)出水溫度、電導(dǎo)率、膨脹水箱水位、噴淋水池水位顯示均為0，但未影響該換流站直流功率的正常傳輸。

檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)A為閥冷系統(tǒng)模擬量傳感器的一路電源開關(guān)，其所帶負(fù)載包括閥冷系統(tǒng)膨脹水箱水位傳感器B083和B084、主水管壓力傳感器B106、內(nèi)冷水入水溫度傳感器B103、內(nèi)冷水主水管電導(dǎo)率傳感器B101、內(nèi)冷水出水溫度傳感器B105、外冷水池水位傳感器B483、外部溫度傳感器B002，共8個傳感器。

開關(guān)A跳閘后，為盡快恢復(fù)開關(guān)A所帶傳感器的正常采樣，維護(hù)人員試合開關(guān)A，但試合后相應(yīng)極的極控系統(tǒng)收到閥冷的外部保護(hù)跳閘信號，相應(yīng)極退至備用狀態(tài)。

1.2 保護(hù)跳閘原因分析

1.2.1 極控系統(tǒng)外部保護(hù)跳閘原因

興仁換流站閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)采集的膨脹水箱水位、主水管壓力、內(nèi)冷水入水溫度、內(nèi)冷水主水管電導(dǎo)率這4個量中1個量嚴(yán)重異常均會導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)跳閘，為提高測量的可靠性，對這4個量都采用雙傳感器冗余配置。冗余配置的傳感器如表1所示。

從表1可知，膨脹水箱水位傳感器B083和B084所用電源均取自開關(guān)A，而主水管壓力、內(nèi)冷水入水溫度、內(nèi)冷水主水管電導(dǎo)率只有1個傳感器電源取自開關(guān)A，冗余配置的另1個傳感器電源取自另1個24 V直流電源開關(guān)(開關(guān)B)。

開關(guān)A跳開后，其所帶的8個傳感器全部失電，無法工作。因閥冷監(jiān)控界面所用數(shù)據(jù)均來自開關(guān)A所帶傳感器，所以閥冷監(jiān)控界面中有關(guān)參數(shù)顯示為0。

開關(guān)A跳開后，膨脹水箱水位的2個傳感器均故障，膨脹水箱水位無法監(jiān)視，根據(jù)該站閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)將保持膨脹水箱水位傳感器故障前的采樣值，該極的閥冷系統(tǒng)仍能維持運(yùn)行，只是暫時失去了對膨脹水箱水位的監(jiān)視。

試合開關(guān)A，在重新上電啟動的過程中，傳感器的采樣數(shù)據(jù)非常紊亂。而此時，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)已不再保持膨脹水箱水位數(shù)據(jù)至傳感器故障前的采樣值，而是直接使用B083、B084傳感器的實測數(shù)據(jù)。根據(jù)閥冷系統(tǒng)的控制保護(hù)邏輯，膨脹水箱水位低于10.0％(跳閘定值)延時1 s后，將向極控系統(tǒng)發(fā)外部跳閘指令，相應(yīng)極強(qiáng)迫停運(yùn)，退至備用狀態(tài)。合上開關(guān)A后，采樣裝置測得的膨脹水箱水位實際為－2％，且傳感器B083、B084啟動完成前的波動時間大于1 s，已滿足跳閘定值。

當(dāng)時，閥冷監(jiān)控界面的內(nèi)冷水入水溫度為100℃，但由于內(nèi)冷水入水溫度另一傳感器B104接于開關(guān)B，故B104采樣值正常，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)將判據(jù)B103傳感器測量故障，選擇B104傳感器的測量值作為保護(hù)判斷依據(jù)。因此，最終不是由內(nèi)冷水入水溫度高跳閘，而是由膨脹水箱水位低導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)跳閘。

1.2.2 直流電源開關(guān)A跳閘原因

相應(yīng)極跳閘后，立即仔細(xì)檢查開關(guān)A所帶的測量回路，未發(fā)現(xiàn)其所帶傳感器測量回路有絕緣降低等異常。試合開關(guān)A后，開關(guān)未再次跳開，其所帶傳感器啟動完成后采集的各項參數(shù)均恢復(fù)正常。據(jù)此來看，開關(guān)A所帶的負(fù)載和開關(guān)A本身都沒有缺陷，本次開關(guān)A跳閘不具有普遍性和可重復(fù)性。

1.3 暴露問題

(1)閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)傳感器啟動時間過長，超過了膨脹水箱水位低跳閘延時1 s的時間定值。

(2)閥冷系統(tǒng)原始設(shè)計存在嚴(yán)重缺陷。膨脹水箱水位傳感器配置雖然有冗余，但是其電源無冗余，膨脹水箱水位主、備2路采樣回路B083、B084共用1個24 V電源開關(guān)A，開關(guān)A跳閘后，導(dǎo)致膨脹水箱水位的2路采樣回路同時斷電。

2 閥冷控制保護(hù)邏輯的缺陷和改進(jìn)

2.1 云廣特高壓閥冷控制保護(hù)邏輯缺陷分析

隱患1：判斷膨脹水箱水位傳感器故障的邏輯與“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯的配合，可能導(dǎo)致誤跳閘。

云廣特高壓閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)判斷膨脹水箱水位傳感器故障的邏輯為：傳感器B083、B084的測量值偏差大于3，延時35 s將判測量值大的傳感器故障。在未對閥冷系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位前，該故障傳感器一直不可用。

B083傳感器和B084傳感器測量值分別為y1、y2，如圖1所示。假定僅B084傳感器受到干擾，B083傳感器正常。tA時刻，y1－y2＞3，35 s后的tB時刻，系統(tǒng)輸出B083傳感器故障信號，在未對閥冷系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位前，B083傳感器一直被判故障。tC時刻，y2－y1＞3，35 s后的tD時刻，系統(tǒng)輸出B084傳感器故障信號，在未對閥冷系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位前，B084傳感器一直被判故障。

如果tB、tC相差較小，惡劣情況下維護(hù)人員來不及對閥冷系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)歸，系統(tǒng)已經(jīng)判斷傳感器B083、B084均故障。

圖1 B084傳感器受到干擾導(dǎo)致B083、B084傳感器被判故障邏輯Fig.1 Fault Logic of B083 and B084 sensors w ith B084 sensor interfered

圖1所示情況下，雖實際只有B084傳感器測量值異常擾動，但閥冷控制系統(tǒng)將判定B083、B084傳感器同時故障。“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯滿足，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)向直流系統(tǒng)發(fā)出外部跳閘命令，特高壓直流相應(yīng)閥組退至備用狀態(tài)。

隱患2：24 V直流電源開關(guān)F06跳開導(dǎo)致直流系統(tǒng)誤跳閘。

云廣特高壓直流閥冷系統(tǒng)主水壓力傳感器B106與主水流量傳感器B100共用同1個24 V電源開關(guān)F06。閥冷控制保護(hù)邏輯為：當(dāng)傳感器B100和B106同時故障時，將導(dǎo)致“冗余的2個傳感器均故障跳閘”。

傳感器B100故障判據(jù)邏輯為B100的測量值超出［346 L/min，5 787 L/min］范圍并延時3 s；B106傳感器故障判據(jù)邏輯為傳感器B106的測量值超出［0.069 2 MPa，1.157 4 MPa］范圍并延時3 s(以云廣低端閥組為例)。當(dāng)開關(guān)F06跳開時，傳感器B100、B106輸出的信號電流值一直是0，均超出合理范圍，延時達(dá)到3 s后，傳感器B100、B106被判故障，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)向直流系統(tǒng)發(fā)出外部跳閘命令，特高壓直流相應(yīng)閥組退至備用狀態(tài)。

2.2 保護(hù)邏輯改進(jìn)

2.2.1 改進(jìn)措施1

膨脹水箱水位傳感器故障判據(jù)邏輯是比較合理的，可以自行判斷2個膨脹水箱水位傳感器是否發(fā)生了測量異常，引導(dǎo)維護(hù)人員及時對故障傳感器進(jìn)行維護(hù)而無需直流系統(tǒng)緊急停運(yùn)。而且，從現(xiàn)場維護(hù)的經(jīng)驗來看，大多數(shù)傳感器異常擾動導(dǎo)致的傳感器故障都不是永久性的，擾動發(fā)生后，維護(hù)人員復(fù)歸閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)即可恢復(fù)傳感器的正常運(yùn)行。該邏輯同貴廣Ι回、貴廣ΙΙ回的閥冷系統(tǒng)相同，上述2回直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行4年以上，從未發(fā)生過由于該邏輯的缺陷而導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)誤跳閘［3-6］。

而“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，在云廣特高壓閥冷系統(tǒng)中首次采用，貴廣ΙΙ回直流輸電系統(tǒng)中，閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)可以保持傳感器均故障前的采樣值，不會在同時失去冗余的2個傳感器后直接發(fā)外部跳閘命令給極控系統(tǒng)。

如取消“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，即使B083、B084傳感器均被判故障，只需發(fā)信號至控制臺提醒維護(hù)人員進(jìn)行檢查，閥冷系統(tǒng)仍可保持運(yùn)行。維護(hù)人員有充足的時間對閥冷系統(tǒng)傳感器擾動情況進(jìn)行復(fù)歸，并視故障情況決定是否需要停運(yùn)直流系統(tǒng)來處理此缺陷。

2.2.2 改進(jìn)措施2

穗東換流站已基本實現(xiàn)重要傳感器配置和傳感器電源設(shè)置的冗余。開關(guān)F06跳開時，閥冷系統(tǒng)僅失去1個主水壓力傳感器B106，僅失去1路傳感器24 V電源，相應(yīng)直流系統(tǒng)本無須被強(qiáng)迫停運(yùn)。開關(guān)F06跳開時，將導(dǎo)致“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯同樣存在潛在的誤跳閘風(fēng)險，這與閥冷系統(tǒng)傳感器冗余、電源冗余的設(shè)計思想也是相違背的。

鑒于云廣特高壓直流系統(tǒng)在確保南方電網(wǎng)主網(wǎng)架穩(wěn)定中的重要作用，在出現(xiàn)閥冷的2個冗余的傳感器均故障時，維護(hù)人員完全可以根據(jù)實際情況來判斷是否需要停運(yùn)相應(yīng)直流系統(tǒng)，而不必由保護(hù)邏輯直接將直流系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)。因此，建議取消“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯。

3 結(jié)語

進(jìn)行了云廣特高壓閥冷控制保護(hù)邏輯隱患排查，發(fā)現(xiàn)了2項重大設(shè)計隱患，該隱患已于2011年3月依據(jù)本文分析結(jié)果對現(xiàn)場閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了軟件升級，取消了“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，提高了云廣特高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

［1］楊光亮，邰能靈，鄭曉東.換流站閥水冷系統(tǒng)導(dǎo)致直流停運(yùn)隱患分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(18)：199-203.

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